题目
15、设f(x)在[0 ,1]上连续,在(0 ,1)内可导,且 (0)=f(1) 证明:存在两个不同的ξ, in (0,1), 使得-|||-'(xi )+f'(n)=0

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查微分中值定理的应用,特别是拉格朗日中值定理的灵活运用,以及通过构造特定点来建立导数关系的能力。
解题核心思路:
题目给出函数$f(x)$在闭区间连续、开区间可导且端点函数值相等,需证明存在两个不同点导数之和为零。关键在于将区间对半分,分别在子区间应用中值定理,得到两个导数表达式,再通过端点值相等的条件,使两者相加后抵消,从而得到所求关系。
破题关键点:
- 构造中间点$t=1/2$,将原区间分为$[0,1/2]$和$[1/2,1]$。
- 两次应用拉格朗日中值定理,分别得到两个导数表达式。
- 利用$f(0)=f(1)$的条件,使两个导数之和自然为零。
步骤1:分割区间并应用中值定理
将区间$[0,1]$分为两部分:$[0,1/2]$和$[1/2,1]$。
- 在$[0,1/2]$上,由拉格朗日中值定理,存在$\xi \in (0,1/2)$,使得:
$f\left(\frac{1}{2}\right) - f(0) = f'(\xi) \cdot \frac{1}{2} \implies f'(\xi) = 2\left[f\left(\frac{1}{2}\right) - f(0)\right].$ - 在$[1/2,1]$上,同理存在$\eta \in \left(\frac{1}{2},1\right)$,使得:
$f(1) - f\left(\frac{1}{2}\right) = f'(\eta) \cdot \frac{1}{2} \implies f'(\eta) = 2\left[f(1) - f\left(\frac{1}{2}\right)\right].$
步骤2:导数之和的计算
将$f'(\xi)$与$f'(\eta)$相加:
$\begin{aligned}f'(\xi) + f'(\eta) &= 2\left[f\left(\frac{1}{2}\right) - f(0)\right] + 2\left[f(1) - f\left(\frac{1}{2}\right)\right] \\&= 2\left[f(1) - f(0)\right].\end{aligned}$
由于题目条件$f(0) = f(1)$,代入得:
$f'(\xi) + f'(\eta) = 2\left[f(0) - f(0)\right] = 0.$
步骤3:验证点的差异性
$\xi \in (0,1/2)$,$\eta \in (1/2,1)$,显然$\xi \neq \eta$,因此$\xi$与$\eta$是两个不同的点。